„Rövidülési tényező” változatai közötti eltérés

Innen: HamWiki
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
a
(8 közbenső módosítás, amit 4 másik szerkesztő végzett, nincs mutatva)
1. sor: 1. sor:
A [[tápvonalak]]nál, illetve a koaxiális kábeleknél előfordul a rövidülési tényező fogalma. Ennek a megértéséhez elöbb azt kell megéreni, hogyan működik egy tápvonal.
+
A '''rövidülési tényező''' fogalma a [[tápvonalak]]hoz kapcsolódik. Ennek a megértéséhez előbb azt kell megéreni, hogyan működik egy tápvonal.
Az egyszerűség kedvéért gondoljunk egy koax kábelre.
 
Az egyik végén zárja le egy generátor, a másik végén terhelés.
 
A generátor váltakozó feszültséget állít elő.
 
Más szavakkal: térerőt idéz elő a kapcsait jelentő fémben.
 
Ez elmozdolásra kényszeríti az ott jelen lévő szabad elektronokat.
 
Mivel a feszültség és így az eletromos tér is többnyire szinuszos lefolyású, az eletronokra ható térerő gyorsuló mozgást okoz.
 
Az elmozdulás iránya és sebessége tehát változik.
 
Az elektromos és mágneses tereknél leírtakból megtudható, hogy gyorsuló töltéshordozók környezetében elektromágneses hullám keletkezik.
 
A koaxkábel mentén tehát kialakul egy hullám, ami a generátortól a terhelés felé halad.
 
Ez a hullám a rádióhullámokhoz hasonlóan mágneses és elektromos térből tevődik össze. Az elektromos mező úgy alakul, hogy az erővonalai a központi vezető és az árnyékolóharisnya között sugárirányban haladnak.
 
Irányuk folyton változik, a hullám pillanatnyi fázisának megfelelően.
 
A mágneses mező pedig erre merőlegesen, a központi ér körül kialakuló koncentrikus körökként képzelhető el.
 
A hullám, illetve az energia pedig a központi ér és az árnyékolóharisnya közötti térben halad.
 
Tudjuk, hogy az elektromágneses hullámok terjedési sebessége mennyi vákumban.
 
A koax kábel viszont valamilyen dielektrikummal van kitöltve.
 
Ez biztosítja például a levegőnél jóval nagyobb átütési feszültséget, vagy a mechanikai stabilitást.
 
A dielektrikum egyik fontos jellemzője a dielektromos állandó.
 
A hullám tehát nem vákumban halad, hanem a dielektrikumban.
 
A terjedési sebessége tehát a dielektromos állandótól függ.
 
Ha a dielektromos állandó nagyobb egynél, akkor a terjedési sebesség kisebb, mint a vákumban. Ezért ugyanannyi idő alatt rövidebb utat tud megtenni.
 
Ha a szabad térben egy elektromágneses hullám 1 métert tesz meg, akkor pédául az RG58 koaxkábelben ugyanannyi idő a csak 66 cm-re jut el.
 
Ezt a jelenséget nevezik rövidülésnek, és a 0.66-os rövidülési tényező is ezt jelenti. Általában mindegy, hogy egy kábel végén mikor jön ki az energia.
 
Ugyis nagyon hamar.
 
A dolog akkor kezd fontossá válni, ha a kábel hossza és a hullámhossz közötti valamilyen törvényszerűséget ki kell használni.
 
Ez előfordulhat, ha antennák táplálása során meghatározott fázist akarunk előidézni két antenna táplálása között a sugárzási tulajdonságok befolyásolása céljából.  
 
  
Például két HB9CV antennát akarunk párhuzamosan táplálni úgy, hogy az előre sugárzás erősödjön, a hátra irányban pedig kölcsönösen gyengítse egymást a két antenna.
+
== A rövidülési tényező fizikai háttere ==
Ekkor célszerű az egyik antennát negyed hullámmal előrébb tenni.
 
Ha a szabad térben a negyed hullámhossz 52 cm ( kétméteres sáv ), akkor a két antenna táplálásának fázisában 90 fok eltérés lenne.
 
Ha az egyik kábelt 32 cm-el hosszabbra, vagy rövidebbre választjuk, akkor a két antenna előre azonos, hátra pedig ellenfázisban fog sugározni, ami döbbenetesen megjavitja a hátra csillapítást, a közönséges, azonos hosszúságú kábellel táplált két antennához képest.
 
Azok ugyanis hátra kevésbé, de azonos fázisban sugároznak.
 
  
Ha egy koax kábel elektromos hossza ( igy nevezik a rövidülési tényezővel figyelebe vett hosszt ) a hullámhossz fele, akkor a kábel érdekes tulajdonságot mutat.
+
<!--  *** ez majd a tapvonalakhoz kerul ***
Az egyik végén rákapcsolt tetszőleges ellenállás jelenik meg a másik végén, de csak a hullámhossznak megfelelő frekvencián.
+
Az egyszerűség kedvéért képzeljünk el egy koaxkábelt. Az egyik végén zárja le egy generátor, a másik végén terhelés. A generátor váltakozó feszültséget állít elő, más szavakkal [[térerő]]t idéz elő a kapcsait jelentő fémben. Ez elmozdulásra kényszeríti az ott jelen lévő szabad elektronokat.
Ez a félhullámhossz egész számu többszöröseire is igaz.
+
 
Ez a jelenség arra , hogy például az antenna talpponti impedanciáját lehozza a kábel alsó végére.
+
Mivel a feszültség és így az eletromos tér is többnyire szinuszos lefolyású, az eletronokra ható térerő gyorsuló mozgást okoz. Az elmozdulás iránya és sebessége tehát változik.
Igy a rádió mellől is lehet hangolni az antennát.
+
 
Az elektromosan negyed hullámhosszú kábeleket impedancia transzformátornak lehet használni.
+
Az elektromos és mágneses tereknél leírtakból megtudható, hogy gyorsuló töltéshordozók környezetében elektromágneses hullám keletkezik. A koaxkábel mentén tehát kialakul egy hullám, ami a generátortól a terhelés felé halad. Ez a hullám a rádióhullámokhoz hasonlóan mágneses és elektromos térből tevődik össze. Az elektromos mező úgy alakul, hogy az erővonalai a központi vezető és az árnyékolóharisnya között sugárirányban haladnak. Az erővonalak iránya folyton változik, a hullám pillanatnyi fázisának megfelelően. A mágneses mező pedig erre merőlegesen, a központi ér körül kialakuló koncentrikus körökként képzelhető el. A hullám, illetve az energia pedig a központi ér és az árnyékolóharisnya közötti térben halad.
Ha adott egy antenna talpponti ellenállás, amely nem egyezik az adó kimeneti ellenállásával, akkor negyedhullámú kábellel mégis lehet helyesen táplálni az antennát, ha a kábel hullámellenállása az antenna talpponti és az adó kimeneti ellenállásának mértani közepe.
+
-->
Például egy 120 Ohmos loop antennát lehet 75 Ohmos kábellel helyesen táplálni 50 Ohm kimenetű adóval, ha a 75 Ohmos kábel elektromos hossza negyed hullámnyi.
+
 
A negyedhullámú koax transzformátor hullámellenállása tehát: <math>W=\sqrt{Z_1 Z_2}</math> <!--(négyzetgyök alatt a két végén lévő ellenállás szorzata)-->.
+
Az [[elktromágneses hullám]]ok (pl. fény, rádióhullám) terjedési sebessége légüres térben 300.000 km/s, ezáltal 300 MHz-en a hullámhossz 1 méter, 150 MHz-en 2 méter és így tovább.
 +
A kábelek azonban többnyire [[dielektrikum]]mal vannak kitöltve, ez biztosítja például a levegőnél jóval nagyobb átütési feszültséget, vagy a mechanikai stabilitást.
 +
A hullám a kábelben tehát nem vákuumban halad, hanem a dielektrikumban.
 +
(''Megjegyzés:'' ugyan a fém vezeti az áramot, de a hullám (az energia) a szigetelőben (dielektrikumban) halad!)
 +
 
 +
A kábelben tehát lassabban halad a hullám, mégpedig annál lassabban, minél nagyobb a dielektrikum [[dielektromos állandó]]ja.
 +
Ezáltal, ha például fél hullámhossznyi kábelt szeretnénk készíteni 145 MHz-re, akkor a levegőre vonatkoztatott hullámhossz (2,07 méter) felét még be kell szorozni a ''rövidülési tényezővel''.
 +
Ennyivel rövidebb lesz a hullámhossz a kábelban mint levegőben (vagy vákuumban).
 +
 
 +
* Hullámhosszt &nbsp; frekvenciából és rövidülési tényezőből [http://hg9ieg.uw.hu/szamolo/_sz/l_efk.html számoló].
 +
* Frekvenciát &nbsp; hullámhosszból és rövidülési tényezőből [http://hg9ieg.uw.hu/szamolo/_sz/f_ekl.html számoló].
 +
 
 +
== A rövidülési tényező a gyakorlatban ==
 +
 
 +
Ha a szabad térben egy elektromágneses hullám 1 métert tesz meg, akkor pédául az [[RG58]] [[koaxkábel]]ben ugyanannyi idő alatt a csak 66 cm-re jut el. Ezt a jelenséget nevezik rövidülésnek, és a 0,66-os rövidülési tényező is ezt jelenti. Általában mindegy, hogy egy kábel végén mikor jön ki az energia, ezt az utat nagyon rövid idő alatt megteszi. Szemléletesség kedvéért egy 100 méter hosszú kábelben 335...500 ns idő alatt halad végig a hullám.
 +
 
 +
A dolog akkor kezd fontossá válni, ha a kábel hossza és a hullámhossz közötti valamilyen törvényszerűséget kell kihasználni. Ez előfordulhat például akkor, ha az antennák táplálása során meghatározott fázistolást akarunk előidézni a sugárzási tulajdonságok befolyásolása céljából.
 +
 
 +
=== Két antenna egyszerre történő táplálása ===
 +
 
 +
Például két HB9CV antennát akarunk párhuzamosan táplálni úgy, hogy az előre sugárzás erősödjön, a hátra irányban pedig kölcsönösen gyengítse egymást a két antenna, akkor célszerű az egyik antennát negyed hullámmal előrébb elhelyezni. Ha a szabad térben a negyed hullámhossz 52 cm (kétméteres sáv), akkor a két antenna táplálásának fázisában 90 fok eltérés lenne. A rövidülési tényezőt figyelembevéve a hátul levő antennának a kábelét 34 cm-el hosszabbra hagyva a két antenna előre azonos, hátra pedig ellenfázisban fog sugározni. Ezáltal ez az elrendezés az antennarendszer [[előre-hátra viszony]]át jelentősen megnöveli.
 +
 
 +
Amennyiben a két antennát egymás mellett (illetve felett) helyezzük el, akkor azonos hosszúságú koaxkábellel kell közösítenünk őket. Ekkor azonban az [[előre-hátra viszony]]uk ugyanakkora marad, mint egyetlen antenna esetén.
 +
 
 +
=== Félhullámú transzformátorok ===
 +
 
 +
Ha egy koaxkábel ''elektromos hossza'' (ami a rövidülési tényezővel figyelebe vett hossza) a hullámhossz fele, vagy annak egész számú többszöröse, akkor a kábel érdekes tulajdonságot mutat. Az egyik végén rákapcsolt tetszőleges ellenállás jelenik meg a másik végén, de csak a hullámhossznak megfelelő frekvencián. Ezt a jelenséget például arra lehet használni, hogy az antenna talpponti impedanciáját lehozzuk a kábel alsó végére. Igy a rádió mellől is lehet hangolni az antennát.
 +
 
 +
=== Negyedhullámú transzformátorok ===
 +
 
 +
Az elektromosan negyed hullámhosszú kábeleket impedancia transzformátornak lehet használni. Ha adott egy antenna talpponti ellenállása, amely nem egyezik az adó kimeneti ellenállásával, akkor negyedhullámú kábellel mégis lehet helyesen táplálni az antennát, ha a ''kábel hullámellenállása az antenna talpponti és az adó kimeneti ellenállásának mértani közepe''.
 +
 
 +
Például egy 120 Ohmos loop antennát lehet 75 Ohmos kábellel helyesen táplálni 50 Ohm kimenetű adóval, ha a 75 Ohmos kábel elektromos hossza negyed hullámnyi. A negyedhullámú koax transzformátor hullámellenállása tehát: <math>Z=\sqrt{Z_1 Z_2}</math>
 +
 
 +
=== Impedancia transzformálás és aszimmetrizálás félhullámú hurokkal ===
 +
 
 +
Tegyük fel, hogy van egy 200 ohm környéki talpponti impedanciájú hajlított dipól. Ezt 50 ohmra szerentnénk illeszteni. Ekkor segít az elektromosan negyed hullámú hurok.
 +
 
 +
Kössük össze a hajlított dipól kapcsait egy elektromosan félhullámú hurok meleg erének két végével, majd a dipól egyik kapcsát kössük rá a levezető koaxkábel meleg erére. A levezető koaxkábel árnyékolását pedig a félhullámú koaxkábel mindkét végének árnyékolásával.
 +
 
 +
Az így elkészített illesztő az impedanciát negyedére transzformálja, miközben a szimmetrikus antennát az asszimmetrikus levezető koaxkábelre illeszti.
 +
 
 +
=== Impedancia transzformálás csonkkal ===
 +
 
 +
-- antenna csonkos illesztése - hogyan? --
 +
 
 +
 
 +
[[Kategória:Műszaki alapfogalmak]]

A lap 2013. július 26., 17:26-kori változata

A rövidülési tényező fogalma a tápvonalakhoz kapcsolódik. Ennek a megértéséhez előbb azt kell megéreni, hogyan működik egy tápvonal.

A rövidülési tényező fizikai háttere

Az elktromágneses hullámok (pl. fény, rádióhullám) terjedési sebessége légüres térben 300.000 km/s, ezáltal 300 MHz-en a hullámhossz 1 méter, 150 MHz-en 2 méter és így tovább. A kábelek azonban többnyire dielektrikummal vannak kitöltve, ez biztosítja például a levegőnél jóval nagyobb átütési feszültséget, vagy a mechanikai stabilitást. A hullám a kábelben tehát nem vákuumban halad, hanem a dielektrikumban. (Megjegyzés: ugyan a fém vezeti az áramot, de a hullám (az energia) a szigetelőben (dielektrikumban) halad!)

A kábelben tehát lassabban halad a hullám, mégpedig annál lassabban, minél nagyobb a dielektrikum dielektromos állandója. Ezáltal, ha például fél hullámhossznyi kábelt szeretnénk készíteni 145 MHz-re, akkor a levegőre vonatkoztatott hullámhossz (2,07 méter) felét még be kell szorozni a rövidülési tényezővel. Ennyivel rövidebb lesz a hullámhossz a kábelban mint levegőben (vagy vákuumban).

  • Hullámhosszt   frekvenciából és rövidülési tényezőből számoló.
  • Frekvenciát   hullámhosszból és rövidülési tényezőből számoló.

A rövidülési tényező a gyakorlatban

Ha a szabad térben egy elektromágneses hullám 1 métert tesz meg, akkor pédául az RG58 koaxkábelben ugyanannyi idő alatt a csak 66 cm-re jut el. Ezt a jelenséget nevezik rövidülésnek, és a 0,66-os rövidülési tényező is ezt jelenti. Általában mindegy, hogy egy kábel végén mikor jön ki az energia, ezt az utat nagyon rövid idő alatt megteszi. Szemléletesség kedvéért egy 100 méter hosszú kábelben 335...500 ns idő alatt halad végig a hullám.

A dolog akkor kezd fontossá válni, ha a kábel hossza és a hullámhossz közötti valamilyen törvényszerűséget kell kihasználni. Ez előfordulhat például akkor, ha az antennák táplálása során meghatározott fázistolást akarunk előidézni a sugárzási tulajdonságok befolyásolása céljából.

Két antenna egyszerre történő táplálása

Például két HB9CV antennát akarunk párhuzamosan táplálni úgy, hogy az előre sugárzás erősödjön, a hátra irányban pedig kölcsönösen gyengítse egymást a két antenna, akkor célszerű az egyik antennát negyed hullámmal előrébb elhelyezni. Ha a szabad térben a negyed hullámhossz 52 cm (kétméteres sáv), akkor a két antenna táplálásának fázisában 90 fok eltérés lenne. A rövidülési tényezőt figyelembevéve a hátul levő antennának a kábelét 34 cm-el hosszabbra hagyva a két antenna előre azonos, hátra pedig ellenfázisban fog sugározni. Ezáltal ez az elrendezés az antennarendszer előre-hátra viszonyát jelentősen megnöveli.

Amennyiben a két antennát egymás mellett (illetve felett) helyezzük el, akkor azonos hosszúságú koaxkábellel kell közösítenünk őket. Ekkor azonban az előre-hátra viszonyuk ugyanakkora marad, mint egyetlen antenna esetén.

Félhullámú transzformátorok

Ha egy koaxkábel elektromos hossza (ami a rövidülési tényezővel figyelebe vett hossza) a hullámhossz fele, vagy annak egész számú többszöröse, akkor a kábel érdekes tulajdonságot mutat. Az egyik végén rákapcsolt tetszőleges ellenállás jelenik meg a másik végén, de csak a hullámhossznak megfelelő frekvencián. Ezt a jelenséget például arra lehet használni, hogy az antenna talpponti impedanciáját lehozzuk a kábel alsó végére. Igy a rádió mellől is lehet hangolni az antennát.

Negyedhullámú transzformátorok

Az elektromosan negyed hullámhosszú kábeleket impedancia transzformátornak lehet használni. Ha adott egy antenna talpponti ellenállása, amely nem egyezik az adó kimeneti ellenállásával, akkor negyedhullámú kábellel mégis lehet helyesen táplálni az antennát, ha a kábel hullámellenállása az antenna talpponti és az adó kimeneti ellenállásának mértani közepe.

Például egy 120 Ohmos loop antennát lehet 75 Ohmos kábellel helyesen táplálni 50 Ohm kimenetű adóval, ha a 75 Ohmos kábel elektromos hossza negyed hullámnyi. A negyedhullámú koax transzformátor hullámellenállása tehát: [math]Z=\sqrt{Z_1 Z_2}[/math]

Impedancia transzformálás és aszimmetrizálás félhullámú hurokkal

Tegyük fel, hogy van egy 200 ohm környéki talpponti impedanciájú hajlított dipól. Ezt 50 ohmra szerentnénk illeszteni. Ekkor segít az elektromosan negyed hullámú hurok.

Kössük össze a hajlított dipól kapcsait egy elektromosan félhullámú hurok meleg erének két végével, majd a dipól egyik kapcsát kössük rá a levezető koaxkábel meleg erére. A levezető koaxkábel árnyékolását pedig a félhullámú koaxkábel mindkét végének árnyékolásával.

Az így elkészített illesztő az impedanciát negyedére transzformálja, miközben a szimmetrikus antennát az asszimmetrikus levezető koaxkábelre illeszti.

Impedancia transzformálás csonkkal

-- antenna csonkos illesztése - hogyan? --